JP2015503511A - 安定なエマルジョンを減じるための抽出溶媒制御 - Google Patents
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Abstract
液液抽出を用いて、有機モノニトリル及び有機ジニトリルを含む混合物からジホスファイト含有化合物を回収するための方法が、本明細書に開示される。ジホスファイト含有化合物の抽出性を増大させる前処理が、同様に開示される。
Description
この出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている2011年12月21日に出願された仮出願第61/578,524号に対する便益を請求する。
本発明は、有機ジニトリルを含むヒドロシアン化反応生成物の混合物からの液液抽出を用いる触媒及びリガンドの回収に関する。
ニッケルのリン含有リガンドとの錯体はヒドロシアン化反応における触媒として有用であることが当技術分野でよく知られている。単座ホスファイトを用いるそのようなニッケル錯体は、ブタジエンのヒドロシアン化に触媒作用を及ぼしてペンテンニトリルの混合物を生成することが知られている。これらの触媒は、ナイロンの生産で重要な中間体のアジポニトリルを生成するためのその後のペンテンニトリルのヒドロシアン化においても有用である。二座ホスファイト及びホスフィナイトリガンドが、そのようなヒドロシアン化反応を行うためのニッケル系触媒を形成するために使用され得ることがさらに知られている。
米国特許第3,773,809号は、エチレン性不飽和有機モノニトリル、例えば3−ペンテンニトリルなどをヒドロシアン化することによって生成した有機ニトリルを含有する生成物流体から、パラフィン又はシクロパラフィン炭化水素溶媒によるその生成物流体の抽出を通じて有機ホスファイトのNi錯体を回収するためのプロセスについて記載している。同様に、Jackson及びMcKinneyに対する米国特許第6,936,171号は、ジニトリルを含有する流れからジホスファイト含有化合物を回収するためのプロセスを開示している。
米国特許第4,339,395号は、特定のホスファイトリガンドの長期間の連続抽出中の界面ラグ層の形成について記載している。この米国特許第4,339,395号は、界面ラグが、相分離を食い止めないまでも妨げることを書き留めている。このプロセスは、連続して運転されるために、このラグは、運転を妨げることを避けるためにそれが堆積すると同時に界面から連続的に除去されなければならない。開示されている成分についてこの問題を解決するために、米国特許第4,339,395号は、少量の実質的に水分を含まないアンモニアの添加を開示している。
このプロセスは、ジホスファイト含有化合物、有機モノニトリル及び有機ジニトリルを含む混合物からジホスファイト含有化合物を回収する。
多段式向流液液抽出装置中で、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素又は脂肪族及び脂環式炭化水素の混合物を含む抽出溶媒により、ジホスファイト含有化合物、有機モノニトリル、有機ジニトリル及びルイス酸を含む供給混合物からジホスファイト含有化合物を回収するためのプロセスが開示される。
このプロセスは、
a)多段式向流液液抽出装置の1段目のミキサーセトラーの混合部分に、供給混合物を流すステップ、
b)供給混合物を、多段式向流液液抽出装置の2段目からの抽出溶媒と、1段目のミキサーセトラーの混合部分中で接触させて、軽相及び重相を含む混合相を形成するステップであって、軽相は、抽出溶媒及び抽出されたジホスファイト含有化合物を含み、重相は、有機モノニトリル及び有機ジニトリルを含むステップ、
c)ステップ(b)からの混合物を、1段目のミキサーセトラー中の沈降部分に移動させ、混合相が軽相と重相とに分離するステップ、及び
d)ルイス塩基を1段目の沈降部分中に導入するステップ
を含み、ルイス酸とルイス塩基の錯体が1段目のミキサーセトラー中の沈降部分内で形成され、軽相の少なくとも一部が沈降部分から引き抜かれて、軽相中に抽出されたジホスファイト含有化合物を回収するために処理され、重相の少なくとも一部が多段式向流液液抽出装置の2段目に移動される。
このプロセスは、
a)多段式向流液液抽出装置の1段目のミキサーセトラーの混合部分に、供給混合物を流すステップ、
b)供給混合物を、多段式向流液液抽出装置の2段目からの抽出溶媒と、1段目のミキサーセトラーの混合部分中で接触させて、軽相及び重相を含む混合相を形成するステップであって、軽相は、抽出溶媒及び抽出されたジホスファイト含有化合物を含み、重相は、有機モノニトリル及び有機ジニトリルを含むステップ、
c)ステップ(b)からの混合物を、1段目のミキサーセトラー中の沈降部分に移動させ、混合相が軽相と重相とに分離するステップ、及び
d)ルイス塩基を1段目の沈降部分中に導入するステップ
を含み、ルイス酸とルイス塩基の錯体が1段目のミキサーセトラー中の沈降部分内で形成され、軽相の少なくとも一部が沈降部分から引き抜かれて、軽相中に抽出されたジホスファイト含有化合物を回収するために処理され、重相の少なくとも一部が多段式向流液液抽出装置の2段目に移動される。
多段式向流液液抽出装置の段階の混合部分は、分離されていない軽相と重相の親密な混合物を形成する。この親密な混合物は、エマルジョン相を含む。このエマルジョン相は、微粒子状の固体物質を含むことができるか又はできない。このエマルジョン相は、1段目を含めた段階の沈降部分で軽相と重相とに分離する。従って、この段階の沈降部分は、上の軽相と下の重相との間に位置する少なくともいくらかのエマルジョン相を含有する。このエマルジョン相は、時間と共に大きさが縮小する傾向がある。しかしながら、場合によっては沈降は望まれるよりも長くかかり、又はエマルジョン相は、軽相と重相とに決して完全には分離しない。この分離問題は、多段式向流液液抽出装置の1段目において特に厄介である。
1段目の沈降部分へのルイス塩基の添加が、エマルジョン相の沈降の増大をもたらすことが見出されている。例えば、この添加は、沈降部分の中のエマルジョン相の大きさの縮小をもたらすことができ、そのエマルジョン相の大きさはルイス塩基の添加のない場合のエマルジョン相の大きさを基準とする。沈降部分中の沈降の増大は、ルイス塩基の添加のない場合の沈降の速度を基準として、沈降速度の増加としても測定され得る。
ルイス塩基の添加によって解決され得る別の問題は、沈降部分におけるラグの形成及びラグ層の集積である。ラグ形成は、米国特許第4,339,395号及び米国特許第7,935,229号において論じられている。ラグは、微粒子状の固体物質を含み、エマルジョン相の形態であると考えることができ、それが抽出作業を実施するための実用的な時間中に消散しないという意味でそれは特に安定である。ラグは、抽出段階、特に多段式向流液液抽出装置の1段目の混合部分又は沈降部分において形成し得る。沈降部分において、そのラグは、重相と軽相の間に層を形成する。その沈降部分におけるラグ層の形成は、その重相及び軽相の適切な沈降を阻止する。そのラグ層の形成は、ジホスファイト含有化合物の重相から軽相への抽出も阻止することができる。最悪の場合のシナリオにおいて、ラグは分離部分を完全にふさぐ程度まで集積することがあり得、沈降部分をすっかり掃除するために抽出作業を停止することを余儀なくさせる。ルイス塩基の沈降部分への添加は、ルイス塩基の添加のない時のラグ層の大きさ及び形成の速度を基準として、ラグ層の大きさを縮小若しくは削除し又はその形成の速度を減じることができることが見出されている。
従って、ルイス塩基の多段式向流抽出装置の1段目の沈降部分への添加は、次の結果:(a)ルイス塩基の添加のない時のエマルジョン相の大きさを基準として、沈降部分中のエマルジョン相の大きさの縮小、(b)ルイス塩基の添加のない時の沈降速度を基準として、沈降部分中の沈降速度の増加、(c)ルイス塩基の添加のない時の軽相中のジホスファイト含有化合物の量を基準として、軽相中のジホスファイト含有化合物の量の増加、(d)ルイス塩基の添加のない時の沈降部分中のラグ層の大きさを基準として、沈降部分中のラグ層の大きさの部分的又は全体的な縮小、及び(e)ルイス塩基の添加のない時の沈降部分中のラグ層の形成速度を基準として、沈降部分中のラグ層の形成速度の減少の少なくとも1つを達成することができる。
抽出装置への供給物中に存在することができるルイス酸の特定例は、ZnCl2である。
多段式向流液液抽出装置の2段目から多段式向流液液抽出装置の1段目への抽出溶媒の供給物は、少なくとも1000ppm、例えば、2000から5000ppmのジホスファイト含有化合物を含むことができる。この2段目からの抽出溶媒の供給物は少なくとも10ppm、例えば、20から200ppmのニッケルを含むことができる。
このジホスファイト含有化合物は、
式中、I、II及びIIIにおいてR1は、非置換の又は1つ若しくは複数のC1〜C12アルキル若しくはC1〜C12アルコキシ基により置換されているフェニル、又は非置換の又は1つ若しくは複数のC1〜C12アルキル若しくはC1〜C12アルコキシ基により置換されているナフチルであり、Z及びZ1は、構造式IV、V、VI、VII、及びVIIIからなる群から独立して選択され:
R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、及びR9は、H、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシからなる群から独立して選択され、
Xは、O、S、又はCH(R10)であり、
R10は、H又はC1〜C12アルキルであり;
R11及びR12は、H、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシ並びにCO2R13からなる群から独立して選択され、
R13は、C1〜C12アルキル、又は非置換の若しくはC1〜C4アルキルにより置換されているC6〜C10アリールであり、
Yは、O、S、又はCH(R14)であり、
R14は、H又はC1〜C12アルキルであり;
R15は、H、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシ並びにCO2R16からなる群から選択され、
R16は、C1〜C12アルキル、又は非置換の若しくはC1〜C4アルキルにより置換されているC6〜C10アリールであり、
構造式IからVIIIを通して、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシ基が直鎖又は分枝状であり得る、
ジホスファイトリガンドであり得る。
ジホスファイトリガンドの少なくとも一部は、ゼロ価のNiにより錯体化され得る。
抽出の少なくとも1つの段階は、40℃より上で行われ得る。
ルイス塩基は、アリール基が非置換であるか1〜12個の炭素原子を有するアルキル基により置換されており、前記アリール基は相互接続されていてもよい、単座トリアリールホスファイトである。
ルイス塩基は、
a)無水のアンモニア、ピリジン、アルキル基が1〜12個の炭素原子を有するアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン、及び
b)ポリアミン、
からなる群から場合によって選択され得る。
a)無水のアンモニア、ピリジン、アルキル基が1〜12個の炭素原子を有するアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン、及び
b)ポリアミン、
からなる群から場合によって選択され得る。
このルイス塩基がポリアミンである場合、そのポリアミンは、ヘキサメチレンジアミン、並びにヘキサメチレンジアミンの二量体及び三量体、例えば、ビス−ヘキサメチレントリアミンから選択される少なくとも1つを含むことができる。
このルイス塩基は、塩基性イオン交換樹脂、例えば、Amberlyst21(登録商標)樹脂を場合によって含むことができる。
適切な環状アルカン抽出溶媒の1つの例は、シクロヘキサンである。
この供給混合物は、ヒドロシアン化プロセス、例えば、3−ペンテンニトリルをヒドロシアン化するためのプロセス、1,3−ブタジエンのペンテンニトリルへの単一ヒドロシアン化のためのプロセス又は1,3−ブタジエンのアジポニトリルへの二重ヒドロシアン化のためのプロセスからの排出流であり得る。
本発明のプロセスは、ジホスファイト含有化合物を、ジホスファイト含有化合物及び有機ジニトリルを含む混合物から液液抽出を用いて回収するための方法を含む。
図1は、多段式向流液液抽出装置の図である。図1中のラインは、何らかの特定のタイプの装置、例えば、パイプなどよりもむしろ材料の流れを表す。同様にこの図中の正方形は、何らかの特定のタイプの装置よりもむしろ、混合及び沈降のための段階又は部分を表す。
3つの段階が図1に描かれている。1段目は、混合及び沈降部分1が描かれている。2段目は、混合及び沈降部分2が描かれている。最終段目は、混合及び沈降部分3が描かれている。すき間30は、さらなる段階が挿入され得る空間を表す。例えば、1つ又は複数、例えば、1つから4つまでの混合及び沈降部分が混合及び沈降部分2と混合及び沈降部分3との間のすき間30の中に挿入され得る。
図1において、新しい抽出溶媒の供給物、例えば、シクロヘキサンは、ライン10によって多段式向流抽出装置中に導入される。混合沈降部分3から出るこの抽出溶媒又は軽相は、ライン12を通って多段式抽出装置の次の段階に移動する。3つの段階を有する多段式向流液液抽出装置において、ライン12中の抽出溶媒は、ライン14を経て直接段階2中に移動する。段階2からの抽出溶媒は、ライン16を経て段階1に移動する。抽出されたジホスファイト含有化合物を含む抽出溶媒は、ライン18を経て段階1の混合及び沈降部分の外に出ていく。
ジホスファイト含有化合物を含む供給物は、ライン20を通って段階1のミキサー及びセトラー中に供給される。この供給物は、その抽出溶媒に混ざらない有機モノニトリル及びジニトリルを含む混合物をさらに含む。その供給物は、ルイス酸をさらに含む。段階1において、ジホスファイト含有化合物の一部は、ライン18を通って段階1を出ていく抽出溶媒中に抽出される。この混ざらないジニトリル及びモノニトリル混合物又は重相は、段階1の混合及び沈降部分からライン22によって除去され、段階2の混合及び沈降部分の中に通される。ジホスファイト含有化合物の一部が段階2の混合及び沈降部分の軽相中に抽出される。重相は、段階2の混合及び沈降部分からライン24によって抜け出る。同様に、図1に示されているすき間30中にさらなる段階が存在する場合、ジホスファイト含有化合物の抽出が、そのような中間の段階において段階2で起こっているものと類似の様式で起こる。
重相が1段目及び任意の中間段階を通過後、それは最終段目の混合及び沈降部分3を通過する。特にその重相は、ライン26を通って混合及び沈降部分3中に導入される。最終段目の混合及び沈降部分3を通過後、その重相は、ライン28を経て出ていく。
2段階の多段式向流液液抽出装置が、図1において、ライン14、16及び18が抽出溶媒の流れの方向を示し、ライン20、22及び24が重相の流れの方向を示す混合及び沈降部分1及び2により示されている。2段階の多段式向流液液抽出装置において、混合及び沈降部分3、ライン10、12、26及び28、並びにすき間30は、削除されている。2段階の向流液液抽出装置において、抽出されたジホスファイト含有化合物を含む抽出溶媒は、その抽出装置からライン18を通って進み、抽出された重相、即ちラフィネートは、ライン24を通ってその抽出装置から消える。
従って、多段式向流液液抽出装置は、抽出溶媒及び重相の向流を有する2つ以上の段階を含むことが理解され得る。抽出の段階を経る軽及び重相の流れの方向を考慮すると、溶質、例えばジホスファイト含有化合物の濃度は、1段目の軽及び重相の両方において最も高く、最終の軽及び重相において最も低いことが理解されよう。
図2は、本明細書ではミキサーセトラーとも称される1つのタイプの混合及び沈降部分の図表示である。このタイプのミキサーセトラーは、図1に示されている任意の段階で使用され得る。このミキサーセトラーは、混合部分40及び沈降部分50を含む。混合部分40及び沈降部分50は、分離している。混合部分40からの全ての流出物は、沈降部分50中に流れる。混合部分40からの流体は、水平の動きで沈降部分50中を流れるが、しかし、沈降部分50中の流体の垂直に移動することの制限はない。
抽出溶媒は、ライン42によって混合部分40中に導入される。ジホスファイト含有化合物を含む供給物は、ライン44によって混合部分40中に導入される。別法では、ライン42及び44の中身は、混合部分40の上流で混ぜ合わせて、単一の入口を通して混合部分40中に導入することができる。これら2つの供給物は、混合部分40において混合されて図2において斜線部分46によって表されたエマルジョン相を含む混合相を提供する。
ライン48は、混合部分40からの混合相46の沈降部分50中への流れを表している。図2に描かれているように、沈降部分50中には、重相52、混合相54、及び軽相56を含めた3つの相が存在する。その重相52は、それが供給物44中のジホスファイト含有化合物の濃度と比較してより低いジホスファイト含有化合物の濃度を有する場合、ジホスファイト含有化合物の軽相56中への抽出のためにジホスファイト含有化合物が枯渇される。対応して、その軽相56は、それが抽出溶媒供給物42中のジホスファイト含有化合物の濃度と比較してより高いジホスファイト含有化合物の濃度を有する場合、ジホスファイト含有化合物の軽相56中への抽出のためにジホスファイト含有化合物が豊富にされる。重相52の少なくとも一部は、ライン60を経て沈降部分50を出ていく。軽相56の少なくとも一部は、ライン58を経て沈降部分50から除去される。
流体の流れを図式的に示す図2には示されていないが、混合部分40及び沈降部分50のそれぞれが1つ又は複数の段階、小区分、区画又はチャンバーを含むことができることは理解されよう。例えば、沈降部分50は、ライン48を通る混合相46の導入の点とライン58及び60を通る軽相及び重相の離脱の点との間に複数のチャンバーを含むことができる。ライン48を通る混合相46の導入の点とライン58及び60を通る軽及び重相の離脱の点との間の水平の伸長は、軽及び重相56及び52の沈降を促進する。混合相54の大きさは、流体が沈降し、チャンバーを通って流れるにつれて次第により小さくなり得る。例えば、流体がそこから除去される最後のチャンバーは、混合相54をほとんど又はまったく含まない可能性がある。さらに当然のことながら、混合部分40は、図2には示されていない1つ又は複数のタイプの混合装置、例えばインペラなどを含むことができる。
図3は、多段式の沈降部分を有しているミキサーセトラー100の描写を提供している。ミキサーセトラー100は、混合部分110及び沈降部分112を有する。ミキサーセトラー100において、混合部分110は、沈降部分112から分離している。この沈降部分は、図3に、部分114、116、及び118として示されている3つの区画を有する。これらの部分は合体プレート120によって分離されている。この合体プレート120は、チャンバー間のエマルジョン相の流れを制限しながら、チャンバー間の分離された軽及び重相の流れを提供するように設計することができる。ジホスファイト含有化合物を含む供給物は、この混合部分110中にライン130により通される。抽出溶媒は、混合部分110中にライン132により導入される。混合部分110は、流体の機械的混合を提供するために軸136に取り付けられたインペラ134を含む。その供給物の混合は、図3に斜線を施すことによって示されているエマルジョン相を含む混合相140を提供する。
この混合相140は、混合部分110からのオーバーフローとして沈降部分112中に流れる。この混合相140は、バッフルプレート142によって軽相144中に直接流れることが防止される。沈降部分112において沈降が起こると、混合相140の体積が減少し、軽相144の体積が増加し、そして重相146の体積が増加する。重相146は、沈降部分112から、特にチャンバー118から、ライン152を経て除去され、軽相144は、沈降部分112から、特にチャンバー118から、ライン150を経て除去される。
モノニトリル及びジニトリルの両方が、向流接触装置中に存在することが望ましい。ヒドロシアン化反応器排出流の抽出における単座及び二座リガンドの役割の議論については、Walterに対する米国特許第3,773,809号、並びにJackson及びMcKinneyに対する米国特許第6,936,171号を参照されたい。
本明細書に開示されているプロセスについて、モノニトリル対ジニトリル成分の適切なモル比は、0.01〜2.5、例えば0.01〜1.5、例えば0.65〜1.5を含む。
最高温度は、利用される炭化水素溶媒の揮発性によって限定されるが、回収は温度が増大されると一般に好転する。適切な運転範囲の例は、40℃〜100℃及び50℃〜80℃である。
モノホスファイトリガンドの制御された添加は、沈降を増大させることができる。添加剤として有用であり得るモノホスファイトリガンドの例としては、Drinkardらの米国特許第3,496,215号、米国特許第3,496,217号、米国特許第3,496,218号、米国特許第5,543,536号、及び公開されたPCT出願WO01/36429号(BASF)に開示されているものが挙げられる。
本明細書に開示されているように、ルイス塩基化合物のジホスファイト含有化合物、有機モノニトリル及び有機ジニトリルを含む混合物への添加は、特に混合物がルイス酸、例えばZnCl2などを含む時に沈降を増大させる。適切な弱ルイス塩基化合物の例としては、水とアルコールが挙げられる。適切なより強力なルイス塩基化合物としては、ヘキサメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンの二量体及び三量体、アンモニア、アリール若しくはアルキルアミン、例えば、ピリジン若しくはトリエチルアミンなど、又は塩基性樹脂、例えば、ロームアンドハース(Rohm and Haas)製の市販の塩基性樹脂のAmberlyst21(登録商標)などが挙げられる。ルイス塩基の添加は、触媒回収に対するルイス酸の何らかの抑制の影響を減少又は排除することができる。
ルイス酸のルイス塩基との反応生成物は、それが多段式向流液液抽出装置を通って移動するときラフィネート相中にからみあわされた状態になり得る。特にこの生成物は、ルイス酸のルイス塩基との錯体の形のラフィネート相中に沈殿物を形成することができる。然しながら、この沈殿物は、ラフィネート相中に分布した微細粒子のディスパージョンとして存在し得る。この沈殿物は、ラフィネートが多段式向流液液抽出装置の最終段目から除去された後に、通常の技術、例えば、濾過、遠心分離又は沈殿物を含有する残留物の除去を伴う蒸留などによって除去され得る。
本明細書に記載されているプロセスによって抽出されたジホスファイト含有化合物は、二座のリン含有リガンドを含む。これらの抽出されたリガンドは、遊離のリガンド(例えば、ニッケル等の金属と錯体化されないもの)及びニッケル等の金属と錯体化されるものを含む。従って、本明細書に記載されている抽出プロセスは、金属/リガンド錯体、例えば、ゼロ価のニッケルの二座のリン含有リガンドを含む少なくとも1つのリガンドとの錯体などであるジホスファイト含有化合物を回収するために有用であることが理解されよう。
抽出のための適切なリガンドは、二座ホスファイト、及び二座ホスフィナイトからなる群から選択される二座のリン含有リガンドである。好ましいリガンドは、二座ホスファイトリガンドである。
ジホスファイトリガンド
本発明において有用な二座ホスファイトリガンドの例としては、以下の構造式:
本発明において有用な二座ホスファイトリガンドの例としては、以下の構造式:
但し、I、II及びIIIにおいてR1は、非置換の若しくは1つ又は複数のC1〜C12アルキル若しくはC1〜C12アルコキシ基により置換されているフェニル、又は非置換の若しくは1つ又は複数のC1〜C12アルキル若しくはC1〜C12アルコキシ基により置換されているナフチルであり、そしてZ及びZ1は、構造式IV、V、VI、VII、及びVIIIからなる群から独立して選択され:
R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、及びR9は、H、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシからなる群から独立して選択され、
Xは、O、S、又はCH(R10)であり、
R10は、H又はC1〜C12アルキルであり;
R11及びR12は、H、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシ並びにCO2R13からなる群から独立して選択され、
R13は、C1〜C12アルキル、又は非置換の若しくはC1〜C4アルキルにより置換されているC6〜C10アリールであり、
Yは、O、S、又はCH(R14)であり、
R14は、H又はC1〜C12アルキルであり;
R15は、H、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシ並びにCO2R16からなる群から選択され、
R16は、C1〜C12アルキル、又は非置換の若しくはC1〜C4アルキルにより置換されているC6〜C10アリールである。
構造式IからVIIIにおいて、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシ基は、直鎖又は分枝状であり得る。
本プロセスにおいて有用である二座ホスファイトリガンドの式の別の例は、下に示されている式Xを有するものである。
本プロセスにおいて有用である二座ホスファイトリガンドのさらなる例としては、以下に示されている式XI〜XIVを有するものが挙げられ、各式に対して、R17は、メチル、エチル又はイソプロピルからなる群から選択され、R18及びR19は、H又はメチルから独立して選択される:
本プロセスにおいて有用である二座ホスファイトリガンドの追加の例としては、全ての同様の参照文字がさらに明確に限定されている場合を除いて同じ意味を有する式XV及びXVIによって表される群のメンバーから選択されるリガンドが挙げられる:
R41及びR45は、C1〜C5ヒドロカルビルからなる群から独立して選択され、R42、R43、R44、R46、R47及びR48のそれぞれは、H及びC1〜C4ヒドロカルビルからなる群から独立して選択される。
例えば、この二座ホスファイトリガンドは、式XV及び式XVIによって表される群のメンバーから選択することができ、式中、
R41が、メチル、エチル、イソプロピル又はシクロペンチルであり、
R42が、H又はメチルであり、
R43が、H又はC1〜C4ヒドロカルビルであり、
R44が、H又はメチルであり、
R45が、メチル、エチル又はイソプロピルであり、そして
R46、R47及びR48がH及びC1〜C4ヒドロカルビルからなる群から独立して選択される。
R41が、メチル、エチル、イソプロピル又はシクロペンチルであり、
R42が、H又はメチルであり、
R43が、H又はC1〜C4ヒドロカルビルであり、
R44が、H又はメチルであり、
R45が、メチル、エチル又はイソプロピルであり、そして
R46、R47及びR48がH及びC1〜C4ヒドロカルビルからなる群から独立して選択される。
追加の例として、二座ホスファイトリガンドは、式XVによって表される群のメンバーから選択することができ、式中、
R41、R44、及びR45は、メチルであり、
R42、R46、R47及びR48は、Hであり、そして
R43は、C1〜C4ヒドロカルビルであり、
又は
R41は、イソプロピルであり、
R42は、Hであり、
R43は、C1〜C4ヒドロカルビルであり、
R44は、H又はメチルであり、
R45は、メチル又はエチルであり、
R46及びR48は、H又はメチルであり、そして
R47は、H、メチル又はtert−ブチルであり;
或はこの二座ホスファイトリガンドは、式XVIによって表される群のメンバーから選択することができ、式中、
R41は、イソプロピル又はシクロペンチルであり、
R45は、メチル又はイソプロピルであり、そして
R46、R47、及びR48は、Hである。
R41、R44、及びR45は、メチルであり、
R42、R46、R47及びR48は、Hであり、そして
R43は、C1〜C4ヒドロカルビルであり、
又は
R41は、イソプロピルであり、
R42は、Hであり、
R43は、C1〜C4ヒドロカルビルであり、
R44は、H又はメチルであり、
R45は、メチル又はエチルであり、
R46及びR48は、H又はメチルであり、そして
R47は、H、メチル又はtert−ブチルであり;
或はこの二座ホスファイトリガンドは、式XVIによって表される群のメンバーから選択することができ、式中、
R41は、イソプロピル又はシクロペンチルであり、
R45は、メチル又はイソプロピルであり、そして
R46、R47、及びR48は、Hである。
さらに別の例として、この二座ホスファイトリガンドは、式XVによって表すことができ、式中、R41は、イソプロピルであり、R42、R46、及びR48はHであり、そしてR43、R44、R45、及びR47は、メチルである。
式X〜XVIは、三次元分子の二次元的表現であること及び化学結合のまわりの回転が分子中で起こって、示されているものとは異なる立体配置を与えることが認められる。例えば、式X〜XVIのビフェニル、オクタヒドロビナフチル、及び/又はビナフチル架橋基の2−及び2’−の位置の間の炭素−炭素結合のまわりの回転は、それぞれ、各式の2つのリン原子を互いにより近くに接近した状態に持っていくことができ、ホスファイトリガンドが二座の様式でニッケルに結合することを可能にすることができる。用語「二座」は、当技術分野でよく知られており、リガンドの両方のリン原子が単一のニッケル原子に結合されることを意味する。
本プロセスにおいて有用である二座ホスファイトリガンドのさらなる例としては、以下に示されている式XX〜LIIIを有するものが挙げられ、但し、各式に対して、R17は、メチル、エチル又はイソプロピルからなる群から選択され、R18及びR19は、H又はメチルから独立して選択される:
追加の適切な二座ホスファイトは、その開示が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第5,512,695号、第5,512,696号、第5,663,369号、第5,688,986号、第5,723,641号、第5,847,101号、第5,959,135号、第6,120,700号、第6,171,996号、第6,171,997号、第6,399,534号に開示されているタイプのものである。適切な二座ホスフィナイトは、その開示が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第5,523,453号及び第5,693,843号に開示されているタイプのものである。
抽出溶媒
適切な炭化水素抽出溶媒としては、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン及びn−オクタンを含めた約30℃〜約135℃の範囲の沸点を有しているパラフィン及びシクロパラフィン(脂肪族及び脂環式炭化水素)並びに特定された範囲内の沸点を有している対応する分枝鎖のパラフィン炭化水素が挙げられる。有用な脂環式炭化水素としては、シクロペンタン、シクロヘキサン及びシクロヘプタン、並びに特定された範囲内の沸点を有しているアルキル置換された脂環式炭化水素が挙げられる。炭化水素の混合物、例えば、上記の炭化水素又はn−ヘプタンに加えて多数の炭化水素を含有する市販のヘプタン等もまた使用され得る。シクロヘキサンが、好ましい抽出溶媒である。
適切な炭化水素抽出溶媒としては、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン及びn−オクタンを含めた約30℃〜約135℃の範囲の沸点を有しているパラフィン及びシクロパラフィン(脂肪族及び脂環式炭化水素)並びに特定された範囲内の沸点を有している対応する分枝鎖のパラフィン炭化水素が挙げられる。有用な脂環式炭化水素としては、シクロペンタン、シクロヘキサン及びシクロヘプタン、並びに特定された範囲内の沸点を有しているアルキル置換された脂環式炭化水素が挙げられる。炭化水素の混合物、例えば、上記の炭化水素又はn−ヘプタンに加えて多数の炭化水素を含有する市販のヘプタン等もまた使用され得る。シクロヘキサンが、好ましい抽出溶媒である。
多段式向流液液抽出装置から回収されたより軽い(炭化水素)相は、ヒドロシアン化への再生利用のために、触媒、反応物などを回収する適当な装置に向けられ、同時に、多段式向流液液抽出装置から回収されたジニトリルを含有するより重い(より低い)相は、そのより重い相内に堆積する可能性のある全ての固体の除去後に、製品回収に向けられる。これらの固体は、例えば米国特許第4,082,811号に明らかにされているプロセスによって同様に回収され得る価値ある成分を含有し得る。
実施例
以下の実施例において、除去率に関する値は、抽出相(炭化水素相)中の触媒の重量分率対ラフィネート相(有機ニトリル相)中の触媒の重量分率の比である。除去率の増加は、触媒回収におけるより大きい効率をもたらす。本明細書で使用される用語の軽相、抽出相及び炭化水素相は同義語である。同様に本明細書で使用される用語の重相、有機ニトリル相及びラフィネート相は同義語である。
以下の実施例において、除去率に関する値は、抽出相(炭化水素相)中の触媒の重量分率対ラフィネート相(有機ニトリル相)中の触媒の重量分率の比である。除去率の増加は、触媒回収におけるより大きい効率をもたらす。本明細書で使用される用語の軽相、抽出相及び炭化水素相は同義語である。同様に本明細書で使用される用語の重相、有機ニトリル相及びラフィネート相は同義語である。
抽出物及び触媒抽出のラフィネート流の分析は、アジレント(Agilent)1100シリーズの高速液体クロマトグラフィー(HPLC)に基づいて及び誘導結合高周波プラズマ(ICP)により実施された。HPLCは、プロセスの抽出効率を測定するために使用された。
[実施例1]
[実施例1]
磁気撹拌棒、デジタル式撹拌プレートを備えており、そして65℃に維持されている50mLのジャケット付ガラス製実験室抽出装置に、10グラムのペンテンニトリルヒドロシアン化反応の生成物、及び10グラムの向流で操作されるミキサーセトラーカスケードの2段目からの抽出物を加えた。その2段目からの抽出物は、約50ppmのニッケル及び3100ppmのジホスファイトリガンドを含有した。添加剤は存在しなかった。
反応器生成物はおよそ:
85重量%のC6ジニトリル
14重量%のC5モノニトリル
1重量%の触媒成分
重量で420ppmの活性ニッケル
重量で566ppmの亜鉛
であった。
85重量%のC6ジニトリル
14重量%のC5モノニトリル
1重量%の触媒成分
重量で420ppmの活性ニッケル
重量で566ppmの亜鉛
であった。
その実験室反応装置を次に分当たり1160回転で20分間混合し、その後15分間そのまま沈降させた。15分間の沈降後、安定なエマルジョンが抽出相全体にわたって存在した。その抽出装置の抽出物及びラフィネート相の試料が取得され、触媒抽出の度合いを測定するために分析された。抽出相中に存在する活性ニッケル対ラフィネート相の比は、14であることが見出された。そのラフィネート中の亜鉛の濃度は、566ppmであった。
[実施例2]
[実施例2]
500ppmのポリエチレンイミン(PEI)が系に加えられたことを除いて実施例1が繰り返された。そのポリエチレンイミン(PEI)は、エチレンジアミンによりエンドキャップされ、平均Mn約600を有した。
[実施例3]
[実施例3]
1000ppmのポリエチレンイミン(PEI)が系に加えられたことを除いて実施例1が繰り返された。そのポリエチレンイミン(PEI)は、エチレンジアミンによりエンドキャップされ、平均Mn約600を有した。
[実施例4]
[実施例4]
500ppmのポリエチレンイミン水溶液(PEI/H2O)が系に加えられたことを除いて実施例1が繰り返された。そのポリエチレンイミン水溶液は、1:1のPEI/H2O比を有する水中のポリエチレンイミン溶液であった。そのポリエチレンイミンは、平均Mn約1200を有した。
[実施例5]
[実施例5]
1000ppmのポリエチレンイミン水溶液(PEI/H2O)が系に加えられたことを除いて実施例1が繰り返された。そのポリエチレンイミン水溶液は、1:1のPEI/H2O比を有する水中のポリエチレンイミン溶液であった。そのポリエチレンイミンは、平均Mn約1200を有した。
[実施例6]
[実施例6]
1000ppmのポリアクリル酸ナトリウムが系に加えられたことを除いて実施例1が繰り返された。そのポリアクリル酸ナトリウムは、平均Mw約2100を有するポリ(アクリル酸)ナトリウム塩であった。
[実施例7]
[実施例7]
3000ppmのポリアクリル酸ナトリウムが系に加えられたことを除いて実施例1が繰り返された。そのポリアクリル酸ナトリウムは、平均Mw約2100を有するポリ(アクリル酸)ナトリウム塩であった。
[実施例8]
[実施例8]
500ppmの界面活性剤が系に加えられたことを除いて実施例1が繰り返された。その界面活性剤は、アルキルジメチルアミド、アルキルエーテルサルフェート、及びアルキルホスフェートエステルの混合物の水溶液であった。
[実施例9]
[実施例9]
1000ppmの界面活性剤が系に加えられたことを除いて実施例1が繰り返された。その界面活性剤は、アルキルジメチルアミド、アルキルエーテルサルフェート、及びアルキルホスフェートエステルの混合物の水溶液であった。
[実施例10]
[実施例10]
250ppmのヘキサメチレンジアミン(HMD)が系に加えられたことを除いて実施例1が繰り返された。
[実施例11]
[実施例11]
500ppmのヘキサメチレンジアミン(HMD)が系に加えられたことを除いて実施例1が繰り返された。
[実施例12]
[実施例12]
1000ppmのヘキサメチレンジアミン(HMD)が系に加えられたことを除いて実施例1が繰り返された。
実施例1〜12の結果は、表1にまとめられている。表1にまとめられているデータは、触媒抽出中の安定なエマルジョン及びラグの形成の防止のための多数の添加剤の評価を表している。実施例1は、何らの添加剤も存在しない中では安定なエマルジョンが形成されることを示す対照実験である。実施例2〜3は、PEIは、これらの条件下で安定なエマルジョンの形成を防止するためには不十分であることを示している。実施例4は、500ppmでは、1:1のポリエチレンイミン対水が安定なエマルジョンの形成を防止するためには不十分であることを示している。対照的に、実施例5は、1000ppmで、PEI/H2Oが安定なエマルジョンの形成を防止するために効果的であることを示している。実施例6〜7は、ポリアクリル酸ナトリウム塩が、1000ppmでは効果的ではないが、3000ppmの装填では効果的であることを示している。実施例8〜9は、界面活性剤溶液は、安定なエマルジョンの防止のために評価したどの条件の下でも効果的ではないことを示している。実施例10〜12は、ヘキサメチレンジアミンが、触媒抽出中の安定なエマルジョンの形成を防止するためのこれらの条件の下で250〜1000ppmの濃度範囲にわたって効果的であることを示している。
これらの実施例13〜17は、効果的な触媒回収が0.65より大きいモノニトリル対ジニトリル比に対して起こることを示している。
Niジホスファイト錯体であって、構造XX(但し、R17はイソプロピルであり、R18はHであり、そしてR19はメチルである)に示されているジホスファイトリガンド、ZnCl2(Niと等モル)から成り、モノニトリル対ジニトリルの比が異なっている5つの異なる混合物が、等重量のcyane(即ち、シクロヘキサン)により別々に液液バッチ抽出された。有機モノニトリル対有機ジニトリルのモル比及び得られた除去率は、下の表2に示されている。化合物は、それが向流多段式抽出装置を用い、1より大きい溶媒対供給物比で1以上の除去率を有する場合、効果的に回収され得る。
この実施例は、ジホスファイトリガンド触媒の抽出性に対するホールドアップ時間の影響を明らかにする。
有機ジニトリル及びジホスファイトリガンドの構造が構造XX(但し、R17はイソプロピルであり、R18はHであり、そしてR19はメチルである)に示されているNiジホスファイト錯体、並びにZnCl2(Niと等モル)から主として成る混合物が、2つの部分に分けられた。2つの部分とも40℃の3段式の接触器中で等重量のシクロヘキサンにより液液抽出される。両方の部分とも時間と共にサンプリングされ、触媒の抽出相への回収の進行が、所定の時間に達成された最終の安定状態の値の百分率として表3に示されている。
この実施例は、1段目の抽出溶媒再利用での触媒の抽出性に対する温度の影響を明らかにする。
有機ジニトリル及びジホスファイトリガンドの構造が構造XXIV(但し、R17はメチルであり、R18はメチルであり、そしてR19はHである)に示されているNiジホスファイト錯体、並びにZnCl2(Niと等モル)から主として成る混合物が、3つの部分に分けられた。これら部分は、等重量のn−オクタンにより、それぞれ、50℃、65℃及び80℃でバッチ液液抽出され、時間と共に観察された。その結果は、表4に示されている。
この実施例は、1段目のシクロヘキサン再利用での3段式抽出において水を添加することの影響を明らかにしている。
有機ジニトリル及びジホスファイトリガンドの構造が構造XXIV(但し、R17はメチルであり、R18はメチルであり、そしてR19はHである)に示されているNiジホスファイト錯体、並びにZnCl2(Niと等モル)から主として成る混合物の15グラムが、3段式の連続抽出装置中50℃の温度で等重量のシクロヘキサンにより1時間にわたって抽出され、3段式向流抽出装置の最終段目に供給された反応混合物の供給物中の触媒の量により割られた1段目の抽出物中の触媒の量によって測定して4.3の触媒除去率をもたらした。
この混合物に100マイクロリットルの水を加えた。続けてあと1時間加熱及び撹拌した後、そのジホスファイトNi除去率は、3倍増加の13.4として測定された。
[実施例21及び22]
[実施例21及び22]
これらの実施例は、ヘキサメチレンジアミン(HMD)を抽出ゾーンに加えることの影響を明らかにする。
ヘキサメチレンジアミンがペンテンヒドロシアン化反応の生成物に加えられたことを除いて、実施例1が繰り返された。実施例21においては、250ppmのHMDが加えられ、実施例22においては、500ppmのHMDが加えられた。磁気撹拌棒、デジタル式撹拌プレートを備えており、そして65℃に維持されている50mLのジャケット付ガラス製実験室抽出装置に、ペンテンヒドロシアン化反応器生成物の10グラムの生成物、及び10グラムの向流で操作されるミキサーセトラーカスケードの2段目からの抽出物を加えた。
反応器生成物はおよそ:
85重量%のC6ジニトリル
14重量%のC5モノニトリル
1重量%の触媒成分
重量で360ppmの活性ニッケル
であった。
85重量%のC6ジニトリル
14重量%のC5モノニトリル
1重量%の触媒成分
重量で360ppmの活性ニッケル
であった。
その実験室反応装置を次に分当たり1160回転で20分間混合し、その後15分間そのまま沈降させた。安定なエマルジョンがHMDの添加のない中で抽出相全体にわたって存在した。15分の沈降後、HMDが加えられたときは、基本的にエマルジョン相は存在しなかった。その抽出装置の抽出物及びラフィネート相の試料が取得され、触媒抽出の度合いを測定するために分析された。
Claims (18)
- 多段式向流液液抽出装置中で、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素又は脂肪族及び脂環式炭化水素の混合物を含む抽出溶媒により、ジホスファイト含有化合物、有機モノニトリル、有機ジニトリル及びルイス酸を含む供給混合物からジホスファイト含有化合物を回収するためのプロセスであって、
a)多段式向流液液抽出装置の1段目のミキサーセトラーの混合部分に、供給混合物を流すステップ、
b)供給混合物を、多段式向流液液抽出装置の2段目からの抽出溶媒と、1段目のミキサーセトラーの混合部分中で接触させて、軽相及び重相を含む混合相を形成するステップであって、軽相は、抽出溶媒及び抽出されたジホスファイト含有化合物を含み、重相は、有機モノニトリル及び有機ジニトリルを含むステップ、
c)ステップ(b)からの混合物を、1段目のミキサーセトラー中の沈降部分に移動させ、混合相が軽相と重相とに分離するステップ、及び
d)ルイス塩基を1段目の沈降部分中に導入するステップ
を含み、ルイス酸とルイス塩基の錯体が1段目のミキサーセトラー中の沈降部分内で形成され、軽相の少なくとも一部が沈降部分から引き抜かれて、軽相中に抽出されたジホスファイト含有化合物を回収するために処理され、重相の少なくとも一部が多段式向流液液抽出装置の2段目に移動される、プロセス。 - ルイス塩基の多段式向流液液抽出装置の1段目の沈降部分への添加が、1段目の沈降部分中の軽相及び重相の沈降の増大をもたらすために十分である、請求項1に記載のプロセス。
- ルイス塩基の多段式向流液液抽出装置の1段目の沈降部分への添加が、次の結果:(a)ルイス塩基の添加のない時のエマルジョン相の大きさを基準として、沈降部分中のエマルジョン相の大きさの縮小、(b)ルイス塩基の添加のない時の沈降速度を基準として、沈降部分中の沈降速度の増加、(c)ルイス塩基の添加のない時の軽相中のジホスファイト含有化合物の量を基準として、軽相中のジホスファイト含有化合物の量の増加、(d)ルイス塩基の添加のない時の沈降部分中のラグ層の大きさを基準として、沈降部分中のラグ層の大きさの縮小、及び(e)ルイス塩基の添加のない時の沈降部分中のラグ層の形成速度を基準として、沈降部分中のラグ層の形成速度、の減少の少なくとも1つを達成するために十分である、請求項1に記載のプロセス。
- ルイス酸が、ZnCl2である、請求項1に記載のプロセス。
- 2段目からの抽出溶媒供給物が、少なくとも1000ppmのジホスファイト含有化合物を含む、請求項1に記載のプロセス。
- ジホスファイト含有化合物が、
式中、I、II及びIIIにおいてR1は、非置換の又は1つ若しくは複数のC1〜C12アルキル若しくはC1〜C12アルコキシ基により置換されているフェニル、又は非置換の又は1つ若しくは複数のC1〜C12アルキル若しくはC1〜C12アルコキシ基により置換されているナフチルであり、Z及びZ1は、構造式IV、V、VI、VII、及びVIIIからなる群から独立して選択され:
R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、及びR9は、H、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシからなる群から独立して選択され、
Xは、O、S、又はCH(R10)であり、
R10は、H又はC1〜C12アルキルであり;
R11及びR12は、H、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシ並びにCO2R13からなる群から独立して選択され、
R13は、C1〜C12アルキル、又は非置換の若しくはC1〜C4アルキルにより置換されているC6〜C10アリールであり、
Yは、O、S、又はCH(R14)であり、
R14は、H又はC1〜C12アルキルであり;
R15は、H、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシ並びにCO2R16からなる群から選択され、
R16は、C1〜C12アルキル、又は非置換の若しくはC1〜C4アルキルにより置換されているC6〜C10アリールであり、
構造式IからVIIIを通して、C1〜C12アルキル、及びC1〜C12アルコキシ基が直鎖又は分枝状であり得る、
請求項1、2又は3に記載のプロセス。 - ジホスファイト含有化合物の少なくとも一部が、ゼロ価のNiにより錯体化されている、請求項6に記載のプロセス。
- 抽出の少なくとも1つの段階が40℃より上で行われる、請求項1、2又は3の一項に記載のプロセス。
- ルイス塩基が、アリール基が非置換であるか又は1〜12個の炭素原子を有するアルキル基により置換されており、前記アリール基が相互接続されていてもよい、単座トリアリールホスファイトである、請求項1に記載のプロセス。
- ルイス塩基が、
a)無水のアンモニア、ピリジン、アルキル基が1〜12個の炭素原子を有するアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン、
b)ポリアミン、及び
c)ポリ(アクリル酸)ナトリウム塩
からなる群から選択される、請求項1に記載のプロセス。 - ポリアミンが、ヘキサメチレンジアミン及びヘキサメチレンジアミンの二量体及び三量体から選択される少なくとも1つを含む、請求項10に記載のプロセス。
- ポリアミンが、ポリエチレンイミン、及び水溶液のポリエチレンイミンから選択される少なくとも1つを含む、請求項10に記載のプロセス。
- ポリアミンが、ヘキサメチレンジアミンの二量体を含む、請求項10に記載のプロセス。
- ルイス塩基化合物が、Amberlyst21(登録商標)樹脂である、請求項10に記載のプロセス。
- 抽出溶媒が、シクロヘキサンである、請求項1、2又は3のいずれか一項に記載のプロセス。
- 供給混合物が、ヒドロシアン化プロセスからの排出流である、請求項1、2又は3のいずれか一項に記載のプロセス。
- ヒドロシアン化プロセスが、3−ペンテンニトリルのヒドロシアン化プロセスを含む、請求項15に記載のプロセス。
- ヒドロシアン化プロセスが、1,3−ブタジエンのヒドロシアン化プロセスを含む、請求項15に記載のプロセス。
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